JP4667406B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。特に、本発明は、信頼性を向上させた太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

太陽電池システムは、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換する。従って、太陽電池システムは、新しいエネルギー源として期待されている。

ここで、太陽電池システムを構成する太陽電池では、１枚当りの出力が数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池システムを用いる場合には、太陽電池システムには、複数の太陽電池が電気的に直列又は並列に接続された太陽電池モジュールが用いられる。これによって、太陽電池システムの出力は、数１００Ｗ程度まで高められる。

具体的には、図１に示すように、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１０１と、太陽電池１０１の光入射面側に設けられた光入射側支持部材１０２と、太陽電池１０１の裏面側に設けられた裏面側支持部材１０３と、光入射側支持部材１０２と裏面側支持部材１０３との間で太陽電池１０１を封止する封止材１０４とを有する。

このような太陽電池モジュール１００において、封止材１０４の硬化を強めるために、封止材１０４に架橋剤を添加する技術が提案さている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−６１０５５号公報

太陽電池モジュール１００が太陽光を受光していない状態では、図１に示すように、太陽電池１０１の光入射面側における応力ａは、太陽電池１０１の裏面側における応力ｂと略等しい。

一方で、太陽電池モジュール１００が太陽光を受光している状態では、太陽電池１０１の光入射面側の温度が太陽電池１０１の裏面側の温度よりも高くなる。これに伴って、太陽電池１０１の光入射面側では、太陽電池１０１の裏面側よりも封止材が熱膨張する。封止材１０４の方が太陽電池１０１よりも大きい熱膨張係数を有するため、図２に示すように、太陽電池１０１の光入射面側における応力ａは、太陽電池１０１の裏面側における応力ｂよりも小さくなる。

このように、太陽電池１０１が太陽光を受光している状態では、応力ａ及び応力ｂのバランスが崩れてしまうため、図２に示すように、太陽電池１０１の反りが生じる。

ここで、図３に示すように、太陽電池１０１では、光電変換部１０５において生成される光生成キャリアを集電するために、光電変換部１０５の光入射面側に集電電極１０６が設けられており、光電変換部１０５において生成される光生成キャリアを集電するために、光電変換部１０５の裏面側に集電電極１０７が設けられている。集電電極１０６は、太陽電池１０１の光入射面側に設けられているため、太陽光の受光を妨げないように、可能な範囲で細く形成することが好ましい。

しかしながら、太陽光の受光によって太陽電池１０１の反りが生じると、応力が集電電極１０６に加わる。そして、太陽電池モジュール１００は屋外で使用され、受光と非受光が繰り返されるので、集電電極１０６にダメージが蓄積される。このため集電電極１０６の集電能力が低下するおそれがある。そして、太陽電池１０１の反りは、光電変換部１０５を構成する基板の厚みが薄くなるほど大きくなるので、従来は基板の厚みをそれ程薄くすることができなかった。

そこで、本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、光入射面側に設けられた集電電極に蓄積されるダメージの影響を低減した太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴に係る太陽電池モジュールは、光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備え、前記封止材は、前記光入射面に接する第１領域と、前記裏面に接する第２領域とを有しており、前記第２領域の架橋度は、前記第１領域の架橋度よりも小さいことを要旨とする。

このような太陽電池モジュールによれば、太陽電池の裏面と接する封止材の第２領域の架橋度を、太陽電池の光入射面と接する封止材の第１領域の架橋度よりも小さくする事で、第１領域よりも低い温度において、第２領域を熱膨張し易くしている。このため、日中太陽光が照射する際に、温度が上がりにくい第２領域も熱膨張させることができる。これにより、太陽電池に加わっている応力を裏面側でも小さくすることができるので、太陽電池の光入射側と裏面側とで応力の大きさの差を小さくすることができる。この結果、太陽電池を光入射側に対して凸になるように反らせようとする力が緩和されるため、光入射面側に接着された集電電極に加わるストレスが弱まることとなる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、前記第２領域のゲル分率は、前記第１領域のゲル分率よりも小さいことを要旨とする。

本発明の第３の特徴は、本発明の第1又は第２の特徴に係り、前記第２領域の架橋に用いる架橋用添加剤量は、前記第１領域の架橋に用いる架橋用添加剤量よりも少ないことを要旨とする。

本発明の第４の特徴は、本発明の第1の特徴に係り、前記太陽電池は、光の入射により光生成キャリアを生成する光電変換部と、前記光電変換部の光入射面及び裏面に接着され、前記光電変換部から前記光生成キャリアを収集する集電電極とを備え、前記光電変換部の光入射面に接着された集電電極の接着面積は、裏面に接着された集電電極の接着面積よりも小さいことを要旨とする。

本発明の第５の特徴に係る太陽電池モジュールは、光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備え、前記封止材は、前記光入射面に接する第１領域と、前記裏面に接する第２領域とを有しており、前記第２領域のゲル分率は、前記第１領域のゲル分率よりも小さいことを要旨とする。

本発明の第６の特徴に係る太陽電池モジュールの製造方法は、光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と、前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、前記光入射側支持部材と、前記封止材を構成する第１の封止材シートと、前記太陽電池と、前記封止材を構成する第２の封止材シートと、前記裏面側支持部材とを順に積層して積層体を取得する工程Ａと、前記積層体を加熱して、前記封止材の架橋反応を促す工程Ｂとを含み、前記工程Ｂにおいて、前記第２の封止材シートの加熱条件は、前記第１の封止材シートの加熱条件に比べて、前記封止材の架橋反応が進みにくい条件であることを要旨とする。

本発明によれば、光入射面側に設けられた集電電極に蓄積されるダメージの影響を低減した太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。

《実施形態》
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

〈太陽電池モジュール１０の構成〉
本実施形態に係る太陽電池モジュール１０の断面図を図４に示す。同図（Ａ）は、モジュール化工程を経て一体化された後の状態を説明するための断面構造図である。また、同図（Ｂ）は、モジュール化工程前の状態を説明するための分解図である。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池ストリングス１、封止材２、光入射側支持部材３及び裏面側支持部材４を備えている。

太陽電池ストリングス１は、複数の太陽電池１ａ，１ａ・・・を、配線材５によって互いに電気的に接続することにより形成されている。

太陽電池１ａは、光電変換部６及び集電電極７を備えている。

光電変換部６は、内部にＰＮ接合やＰＩＮ接合等の半導体接合を有する、単結晶Ｓｉ（シリコン）や多結晶Ｓｉ等の結晶系の半導体材料、ＧａＡｓやＣｕＩｎＳｅ等の化合物系の半導体材料をはじめ、薄膜シリコン系、色素増感系等の有機系など一般的な太陽電池材料を用いて作製することが出来る。

集電電極７は、光電変換部６の光入射面及び裏面に接着され、光電変換部６から光生成キャリアを収集する。従って、集電電極７には、光入射面側集電電極７ａと裏面電極７ｂとが含まれる。

光入射面側集電電極７ａ及び裏面電極７ｂは、銀やアルミ、銅、ニッケル、錫、金等、もしくはこれらの合金等の導電性材料を含んだもので形成される。なお、電極は導電性材料を含んだ単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。また、これらの導電性材料を含む層に加えて、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ、ＩＷＯ、ＺｎＯ等の透光性導電酸化物を含む層を有していてもよい。

光入射面側集電電極７ａは、光電変換部６の光入射側面積を大きくするため、即ち、光電変換部６の露出部分の面積を大きくとるために、できるだけ小さい面積になるように設けられている。例えば、光入射面側集電電極７ａは、太陽電池１ａの上面図（図５参照）に示されるように、電極幅を小さくして、櫛型状に設けられる。一方、裏面電極７ｂは、光電変換部６の裏面側全面に設けてもよいし、光入射面側集電電極７ａと同様に櫛形状に設けてもよい。このように、本実施形態では、光電変換部６の光入射面に接着された光入射面側集電電極７ａの接着面積は、裏面に接着された裏面電極７ｂの接着面積よりも小さい。

封止材２は、太陽電池ストリングス１を封止している。具体的には、図４（Ａ）に示すように、太陽電池１ａの光入射面は封止材２の第１領域２ａと接しており、太陽電池１ａの裏面は封止材２の第２領域２ｂと接している。

封止材２は、ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセチレート）やＰＶＢ（ポリ・ビニル・ブチラール）、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、酸変性ポリオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂などの樹脂材料を用いて構成することができ、これらの樹脂の２種類以上を混合して用いても良い。

ここで、本実施形態では、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂの架橋度は、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａの架橋度よりも小さい。このような封止材２の構成は、本発明の特徴に係るため後に詳説する。なお、架橋度とは、封止材の架橋割合のことを表し、架橋度が小さいほど、架橋反応が生じていない樹脂成分の領域が多く存在することを意味する。

光入射側支持部材３は、太陽電池１ａの光入射側に封止材２の第１領域２ａを介して接着されている。光入射側支持部材３はガラスやプラスチック等の、太陽電池１ａが吸収できる波長の光を大半を透過させる部材を用いて構成することができる。

裏面側支持部材４は、太陽電池１ａの裏面側に封止材２の第２領域２ｂを介して接着されている。裏面側支持部材４は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フィルム等やフッ素樹脂フィルム等の樹脂フィルムや、シリカやアルミナ等の金属酸化物の蒸着膜が形成された樹脂フィルム、アルミ箔等の金属フィルム、もしくはこれらの積層フィルムなどの材料を用いて構成することができる。

このように、本実施形態では、太陽電池１ａの光入射面は封止材２の第１領域２ａと接しており、太陽電池１ａの裏面は封止材２の第２領域２ｂと接している。

〈封止材２の架橋度について〉
本実施形態では、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂの架橋度が、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａの架橋度よりも小さいことを特徴としている。このように、第２領域２ｂの架橋度を第１領域２ａの架橋度より小さくするには、以下のような方法を用いることができる。

第１に、第１領域２ａ及び第２領域２ｂを形成するための封止材料として、同種・同量の架橋剤が添加された同材料の封止材料を用い、それぞれの架橋条件を変えることで、第２領域２ｂの架橋度を第１領域２ａの架橋度より小さくすることができる。即ち、第２領域２ｂを形成するための封止材料を架橋させる際の温度を、第１領域２ａを形成するための封止材料を架橋させる際の温度よりも低くすることにより、第２領域２ｂの架橋度を第１領域２ａの架橋度よりも小さくすることができる。

第２に、第２領域２ｂを形成するための封止材料中に添加する架橋剤の量を、第１領域２ａを形成するための封止材料中に添加する架橋剤の量よりも少なくすることで、第２領域２ｂの架橋度を第１領域２ａの架橋度より小さくすることができる。この場合、封止材の架橋度は添加される架橋剤の量に依存し、封止材料の種類への依存度は小さいため、第１領域２ａ及び第２領域２ｂを形成するための封止材料として、前述のＥＶＡやＰＶＢ等の樹脂材料を単独或いは組合わせて用いることができる。

なお、架橋剤には、一般的に有機過酸化物が用いられる。例えば、ＥＶＡを架橋させる有機過酸化物としては、２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ジハイドロパ−オキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパ−オキシ）ヘキサン、３−ジ−ｔ−ブチルパ−オキサイド、ｔ−ジクミルパ−オキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパ−オキシ）ヘキシン、ジクミルパ−オキサイド、α，α’−ビス（ｔ−ブチルパ−オキシイソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパ−オキシ）ブタン、２，２−ビス（ｔ−ブチルパ−オキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパ−オキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパ−オキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルパ−オキシベンゾエ−ト、ベンゾイルパ−オキサイド等を用いることができる。

〈封止材２の構成について〉
本発明は、太陽電池１ａの光入射面及び裏面と接する封止材２の第１領域２ａ及び第２領域２ｂの架橋度が前述の関係を満たしていることを特徴としている。従って、前述の関係を満たす第１領域２ａ及び第２領域２ｂを備えていれば、それら以外の封止材をさらに備えていてもよい。

例えば、太陽電池１ａの光入射面と接する第１領域２ａを備え、さらにその光入射面側に１又は複数の封止材層を有していてもよい。同様に、太陽電池１ａの裏面と接する第２領域２ｂを備え、さらにその裏面側に１又は複数の封止材層を有していてもよい。また、これらを組合わせた構造であってもよい。

図６は、第１領域２ａの光入射面に第３領域２ｃを備え、さらに、第２領域２ｂの裏面に第４領域２ｄを備える太陽電池モジュール１０の分解断面図である。図６に示す太陽電池モジュール１０においても、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂの架橋度は、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａの架橋度よりも小さい。一方、第３領域及び第４領域を形成するための封止材料は、前述のＥＶＡやＰＶＢ等の樹脂材料を単独或いは組合わせたものから選択することができる。

このように、封止材２は、３層以上の多層構造を有していてもよい。

〈太陽電池モジュール１０の製造方法〉
本実施形態に係る太陽電池モジュール１０の製造方法、即ち、太陽電池モジュール１０のモジュール化工程について、図７及び図８を用いて説明する。まず、第１領域２ａ及び第２領域２ｂに同じ封止材料を用いる場合について説明した後に、第２領域２ｂの封止材料中に添加する架橋剤の量を、第１領域２ａの封止材料中に添加する架橋剤の量よりも少なくする場合について説明する。

（１）第１領域２ａ及び第２領域２ｂに同じ封止材料を用いる場合
この場合、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂの架橋度を、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａの架橋度よりも小さくするために、加熱温度、加熱時間の条件を変化させるべく以下の３つの工程を用いる。

ラミネート工程：この工程は、図７に示す真空ラミネート装置２０を用いて、各部材間の気泡の発生を抑制しつつ内部部材同士を仮接着するための工程である。真空ラミネート装置２０の内部は、ダイアフラム３０により上下２室に分離されており、各室独立に減圧することができる。まず、真空ラミネート装置２０内に加熱可能に構成された載置台４０上に、光入射側支持部材３、光入射側封止材シート（第１領域）２ａ、太陽電池ストリングス１、裏面側封止材シート（第２領域）２ｂ、及び裏面側支持部材４をこの順に載置する。次に、載置台４０を所定の温度に加熱しながら上下各室から排気して脱泡する。ここで、当該所定の温度は、封止材２の架橋温度以下の温度である。続いて、上室に吸気することにより、ダイアフラム３０で太陽電池モジュール１０を所定時間だけ押さえて仮接着する。

第１キュア工程：この工程は、図８（Ａ）に示す加熱装置５０を用いて、封止材２を架橋させるための工程である。加熱装置５０は、温風を送ることにより、太陽電池モジュール１０を均一に加熱することができる。まず、仮接着された太陽電池モジュール１０を、加熱装置５０内に投入する。次に、太陽電池モジュール１０を、所定の温度で所定の時間だけ加熱する。ここで、当該所定の温度は、封止材２の架橋温度以上の温度である。これにより、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａと、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂとにおける架橋反応が生じる。

第２キュア工程：この工程は、図８（Ｂ）又は（Ｃ）に示す加熱装置６０を用いて、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａにおける架橋反応を進めるための工程である。図８（Ｂ）又は（Ｃ）に示す加熱装置６０は、温風により光入射面側を加熱しながら裏面側を冷却媒体又は冷風により冷却すること、光入射面側の封止材の面のみを架橋温度以上の温度で加熱するとともに、裏面側の封止材を架橋温度以下の温度で加熱する。これにより、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａにおける架橋反応のみが進行する。

以上の工程を経ることにより、光入射面側の封止材は、第１キュア工程及び第２キュア工程の間、架橋反応が生じる。一方、裏面側の封止材は、第１キュア工程の間だけ架橋反応が生じる。

（２）第２領域２ｂの封止材料中に添加する架橋剤の量を、第１領域２ａの封止材料中に添加する架橋剤の量よりも少なくする場合
この場合、架橋度は、架橋剤の量により決まるため、第１領域２ａ及び第２領域２ｂに同じ封止材料を用いる場合とは異なり、キュア工程における加熱時間を、第１領域２ａと第２領域２ｂとで個別的に調整する必要がない。従って、太陽電池モジュール１０の光入射面側と裏面側とで、加熱温度、加熱時間の条件を変化させる必要がないために、ラミネート工程と第１キュア工程との２つの工程のみを用いる。

上述のラミネート工程を経た後、第１キュア工程において、太陽電池モジュール１０を、封止材２の架橋温度以上の温度で所定の時間だけ加熱する。ここで、当該所定の時間は、封止材２が完全に架橋される時間である。第２キュア工程を行う必要なない。

以上のようにして、本実施形態にかかる太陽電池モジュール１０は製造される。

〈作用及び効果〉
本実施形態によれば、このような構成を有することにより、光の当たり方の相違に起因する集電電極へのダメージの蓄積を抑制し、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供することが出来る。この理由を、以下に詳しく説明する。

表１は、太陽電池モジュールを構成する主な部材の線膨張係数を示す特性表である。封止材としては主な材料であるＥＶＡ樹脂の値を示している。また太陽電池として、一般的に用いられる材料であるシリコンの値を示している。また裏面フィルムとしてＰＥＴフィルムの値を記入している。同表に示す通り、線膨張係数は、封止材＞ＰＥＴフィルム＞銅＞ガラス≒シリコンの関係である。また、太陽電池モジュールを構成する部材の中で、封止材の線膨張係数とシリコンの線膨張係数の差が最も大きいことが分かる。

従って、モジュール化工程において熱膨張した各構成部材の収縮度合いは、線膨張係数の大きい封止材が最も大きく、線膨張係数の小さいシリコン材料からなる太陽電池が最も小さい。

このため、従来の太陽電池モジュール１００が太陽光を受光している状態では、図２及び図３に示したように、太陽電池１０１の光入射面にかかる応力ａと、太陽電池１０１の裏面にかかる応力ｂとのバランスが崩れ、太陽電池１０１の反りが生じる。その結果、集電電極１０６にダメージが蓄積され、集電電極１０６の集電能力が低下する。

なお、以上の太陽電池モジュールの出力低下は、シリコンウェハが薄くなるに連れて、より起こりやすくなる。

一方、本実施形態にかかる太陽電池モジュール１０によれば、太陽電池１ａの裏面と接する封止材２の第２領域２ｂの架橋度を、太陽電池１ａの光入射面と接する封止材２の第１領域２ａの架橋度よりも小さくする事で、第１領域よりも低い温度において、第２領域２ｂを熱膨張し易くしている。このため、日中太陽光が照射する際に、温度が上がりにくい第２領域２ｂも熱膨張させることができる。これにより、太陽電池１ａに加わっている応力を裏面側でも小さくすることができるので、太陽電池１ａの光入射側と裏面側とで応力の大きさの差を小さくすることができる。この結果、太陽電池１ａを光入射側に対して凸になるように反らせようとする力が緩和されるため、光入射面側集電電極７ａに加わるストレスが弱まることとなる。

具体的には、図９に示すように、本実施形態にかかる太陽電池モジュール１０に太陽光が入射している場合、太陽電池１ａの光入射面にかかる応力と裏面にかかる応力との大きさのバランスが等しいか（同図（Ａ）参照）、又は、裏面にかかる応力の方が大きい（同図（Ｂ）参照）。なお、裏面電極７ｂは、光入射面側集電電極７ａと比較して、光電変換部６との接着面積を大きくすることにより、接着強度を強くすることができるため、図９（Ｂ）に示すように、太陽電池１ａが裏面側に凸になるように反ったとしても、裏面電極７ｂに対するダメージは小さい。

このように、本実施形態にかかる太陽電池モジュール１０によれば、光入射面側に設けられた集電電極へのダメージの蓄積を抑制して、信頼性の向上を可能とする太陽電池モジュール１０及び太陽電池モジュール１０の製造方法を提供することができる。

〈その他の実施形態〉
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記の実施形態では、裏面電極７ｂを光電変換部６の裏面全面に接着することとしたが、光電変換部の一部を露出するように接着されていてもよく、光入射面側集電電極７ａと同様の櫛形状に形成されていてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールについて、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

〈加熱条件と架橋度との関係〉
まず、封止材シートとしてＥＶＡシートを用い、架橋工程時の温度と架橋度の関係について調べた。まず、ラミネート装置の載置台上にガラス板及び厚み０．６ｍｍのＥＶＡシート、ＰＥＴフィルムをこの順に載置した。次いで減圧中、約１２０℃の温度で１０分間加熱することで、脱泡及び仮接着を行った。尚、約１２０℃の温度はＥＶＡの架橋温度以下の温度である。次いで、仮接着されたサンプルを加熱炉内に投入し、加熱温度を約１５０℃として架橋工程を行った。このとき、製造後の封止体の架橋度は加熱時間にも依存するために、加熱時間を５分〜４５分の間で変化して架橋工程を行った。そして、このようにして作製されたサンプルのガラス板から封止体のみを引き剥がした後に、以下のようにしてゲル分率を測定することで、夫々の封止体の架橋度を評価した。

まず、ガラス板から引き剥がされた各封止体の重量を測定した。次に、各封止体をキシレン溶媒中に浸漬することにより、架橋しておらずゾル状態になっている領域を溶媒中に溶出させた。次いで、キシレン溶液を蒸発させ、架橋したゲル領域を抽出した。そして、抽出されたゲル領域の重量を測定し、溶媒に浸漬前の重量に対する比率をとることで、ゲル分率を求めた。計算式は以下の式の通りである。

ゲル分率（％）＝（未溶解分の重量／試料の元の重量）×１００
表２は、このようにして求めた各サンプルのゲル分率を示す特性表である。

同表に示す通り、約１５０℃の温度で架橋工程を行う場合には、加熱時間を５分〜４５分の間で調整することで、得られる封止体のゲル分率を１３％〜８７％の間で変化させることができることがわかった。

〈実施例及び比較例の製造〉
次に、表２の結果に基づき本発明に係る太陽電池モジュールを以下のようにして製造した。本実施例では、光入射側の封止材と裏面側の封止材として同じ封止材シートを用いた。従って、架橋工程時に、裏面側の封止材シートの加熱温度を光入射側の封止材シートの加熱温度よりも低くする第２キュア工程を行うことにより、本発明の太陽電池モジュールを製造した。

尚、以下の実施例では、光入射側および裏面側の封止材シートとしてＥＶＡシート（厚み約０．６ｍｍ）を用いた。また、太陽電池として、ｎ型の単結晶シリコンとｐ型の非晶質シリコンとから構成されるｐｎ接合を有し、間に薄いｉ型の非晶質シリコン層を介挿させた、ＨＩＴ（登録商標）構造の太陽電池（厚み１００〜１４０μｍ）を用いた。また、光入射側支持部材としては厚み約３．２ｍｍのガラス板を、裏面側支持部材としてはテドラフィルム（厚み約３８μｍ）／アルミフィルム（厚み約３０μｍ）／テドラフィルム（厚み約３８μｍ）の積層フィルムを用いた。

（実施例１）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を０分間、第２キュア工程を４５分間行って実施例１のサンプルを作製した。

即ち、実施例１のサンプルでは、光入射面側の封止材は１５０℃の温度で４５分間、裏面側の封止材は１５０℃の温度で０分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側の封止材のゲル分率は約８７％であり、裏面側の封止材のゲル分率は０％となっているものと考えられる。

（実施例２）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を５分間、第２キュア工程を４０分間行って実施例２のサンプルを作製した。

即ち、実施例２のサンプルでは、光入射面側の封止材は１５０℃の温度で４５分間、裏面側の封止材は１５０℃の温度で５分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側の封止材のゲル分率は約８７％であり、裏面側の封止材のゲル分率は約１３％となっているものと考えられる。

（実施例３）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を１０分間、第２キュア工程を３５分間行って実施例３のサンプルを作製した。

即ち、実施例３のサンプルでは、光入射面側の封止材は１５０℃の温度で４５分間、裏面側の封止材は１５０℃の温度で１０分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側の封止材のゲル分率は約８７％であり、裏面側の封止材のゲル分率は約２７％となっているものと考えられる。

（実施例４）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を２０分間、第２キュア工程を２５分間行って実施例４のサンプルを作製した。

即ち、実施例４のサンプルでは、光入射面側の封止材は１５０℃の温度で４５分間、裏面側の封止材は１５０℃の温度で２０分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側の封止材のゲル分率は約８７％であり、裏面側の封止材のゲル分率は約５３％となっているものと考えられる。

（実施例５）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を３０分間、第２キュア工程を１５分間行って実施例５のサンプルを作製した。

即ち、実施例５のサンプルでは、光入射面側の封止材は１５０℃の温度で４５分間、裏面側の封止材は１５０℃の温度で１５分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側の封止材のゲル分率は約８７％であり、裏面側の封止材のゲル分率は約７１％となっているものと考えられる。

（比較例１）
ラミネート工程を１０分間、第１キュア工程を４５分間、第２キュア工程を０分間行って比較例１のサンプルを作製した。

即ち、比較例１のサンプルでは、光入射面側及び裏面側とも封止材は１５０℃の温度で４５分間加熱されている。従って、前述の表２の結果から、光入射面側及び裏面側とも封止材のゲル分率は約８７％となっているものと考えられる。

〈温度サイクル試験〉
上述した実施例１〜５、比較例１のそれぞれの太陽電池モジュールについて、恒温槽を用いて次で述べるサイクル試験を行い、試験前後の太陽電池モジュールの出力を比較した。

サイクル試験は、ＪＩＳ Ｃ８９１７の温度サイクル試験に準拠した方法を使用した。恒温槽のコントローラにプログラムした温度条件変化のグラフを図１０に示す。同図のように、４５分かけて２５℃から９０℃まで上昇させ、この温度で９０分間保持し、次いで９０分かけて−４０℃まで降下させ、この温度で９０分間保持し、さらに４５分かけて２５℃まで上昇させる。これを１サイクル（６時間）とする。

この時に、本発明者らは現実の太陽光線照射環境下に近づけるため、ＪＩＳ Ｃ８９１７の温度サイクル試験方法に加え、最初の１８０分間、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２の光を太陽電池モジュールの光入射面側から照射した。なお、１サイクル中昼夜の時間が半々と仮定して、照射時間を１サイクルの半分の１８０分間としている。

この光照射により、試験対象の太陽電池モジュールの光入射面側の温度を反対側の温度よりも高温にさせることができる。即ち、恒温槽内部温度を９０℃で保持している時には、この光照射により封止材の光入射面側の温度は９０℃より上昇しているものと考えられる。

そして、このサイクルを４００サイクル繰り返してサイクル試験を行い、その結果得られた各サンプルの出力特性を調べた。この結果を表３に示す。

尚、同表においては測定の結果を規格化出力低下率で示している。ここで、
出力低下率は、
出力低下率（％）＝（試験前出力−試験後出力）／試験前出力×１００
の計算式により計算される。よって、出力低下率が低いほど、出力低下が少なく信頼性の優れた太陽電池モジュールと言う事が出来る。また、規格化出力低下率は、比較例における出力低下率を１．００として規格化した値である。

同表より、実施例１〜５の規格化出力低下率は、比較例の規格化出力低下率に比べ、低減されていることが分かる。これは、実施例１〜５のサンプルによれば、裏面側の封止材の架橋度を光入射面側の封止材の架橋度に比べ小さくしたことにより、光の当たり方の相違に起因する長時間使用後の特性低下を抑制できた結果によるものと考えられる。

さらに、実施例１〜３のように、裏面側のゲル分率が光入射側のゲル分率よりも５０％以上小さい場合には、比較例に対して出力低下率が半分程度に抑制されていることが分かる。以上のように、本実施形態によって、従来と比べてモジュール出力低下率が低く、信頼性の優れた太陽電池モジュールが得られた。

以上のように、本発明によれば、光の当たり方の相違に起因する長時間使用後の特性低下を抑制し、信頼性が向上した太陽電池モジュールを提供することができる。また、特に本発明は、ストレスにより反り易くなる、厚みの薄い基板を用いた太陽電池を有する太陽電池モジュールに好適である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

従来の太陽電池への応力を説明する図である。 従来の太陽電池への応力を説明する図である。 従来の太陽電池への応力を説明する図である。 実施形態に係る太陽電池モジュールを説明する図である。 実施形態に係る太陽電池を説明する図である。 実施形態に係る太陽電池モジュールを説明する図である。 ラミネート工程に用いる真空ラミネート装置を説明する図である。 キュア工程に用いる加熱装置を説明する図である。 実施形態に係る太陽電池への応力を説明する図である。 温度サイクル試験の温度条件変化のグラフである。

符号の説明

ａ…応力
ｂ…応力
１…太陽電池ストリングス
１ａ…太陽電池
２…封止材
２ａ…第１領域
２ｂ…第２領域
２ｃ…第３領域
２ｄ…第４領域
３…光入射側支持部材
４…裏面側支持部材
５…配線材
６…光電変換部
７…集電電極
７ａ…光入射面側集電電極
７ｂ…裏面電極
１０…太陽電池モジュール
２０…真空ラミネート装置
３０…ダイアフラム
４０…載置台
５０…加熱装置
６０…加熱装置
１００…太陽電池モジュール
１０１…太陽電池
１０２…光入射側支持部材
１０３…裏面側支持部材
１０４…封止材
１０５…光電変換部
１０６…集電電極
１０７…集電電極

Claims (6)

1. 光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、
   前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、
   前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と
   前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備え、
   前記封止材は、前記光入射面に接する第１領域と、前記裏面に接する第２領域とを有しており、
   前記第２領域の架橋度は、前記第１領域の架橋度よりも小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第２領域のゲル分率は、前記第１領域のゲル分率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第２領域の架橋に用いる架橋用添加剤量は、前記第１領域の架橋に用いる架橋用添加剤量よりも少ないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記太陽電池は、光の入射により光生成キャリアを生成する光電変換部と、前記光電変換部の光入射面及び裏面に接着され、前記光電変換部から前記光生成キャリアを収集する集電電極とを備え、
   前記光電変換部の光入射面に接着された集電電極の接着面積は、裏面に接着された集電電極の接着面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
5. 光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、
   前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、
   前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と
   前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備え、
   前記封止材は、前記光入射面に接する第１領域と、前記裏面に接する第２領域とを有しており、
   前記第２領域のゲル分率は、前記第１領域のゲル分率よりも小さいことを特徴とする太陽電池モジュール。
6. 光が入射する光入射面及び前記光入射面の反対側に設けられた裏面を有する太陽電池と、前記太陽電池の前記光入射面側に設けられた光入射側支持部材と、前記太陽電池の前記裏面側に設けられた裏面側支持部材と、前記光入射側支持部材と前記裏面側支持部材との間において、前記太陽電池を封止する封止材とを備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記光入射側支持部材と、前記封止材を構成する第１の封止材シートと、前記太陽電池と、前記封止材を構成する第２の封止材シートと、前記裏面側支持部材とを順に積層して積層体を取得する工程Ａと、
   前記積層体を加熱して、前記封止材の架橋反応を促す工程Ｂとを含み、
   前記工程Ｂにおいて、前記第２の封止材シートの加熱条件は、前記第１の封止材シートの加熱条件に比べて、前記封止材の架橋反応が進みにくい条件であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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